(57)【要約】【課題】  伸縮振動と屈曲振動をする振動子の伸縮振動の振幅を大きくする。【解決手段】  振動子駆動装置４０は、発振部４１、２相波形生成部４２、移相部４３、第１〜第３増幅部４４ａ〜４４ｃ、第１、第２加算部４５ａ、４５ｂを有する。発振部４１から波状の駆動信号が発生する。波状の駆動信号は２相波形生成部４２において、互いに位相が９０°異なる第１、第２方向駆動信号が生成する。第１方向駆動信号を第１、第３増幅部４４ａ、４４ｃに出力する。第１増幅部４４ａに出力される第１方向駆動信号は極性を移相部４３において反転させた第１駆動信号となる。第１増幅部は、第１、第２加算部４５ａ、４５ｂを介して、第１駆動信号を第１、第２電極２３ａ、２３ｂに出力する。また、第３増幅部４４ｃは第３増幅部４４ｃに出力される第１方向駆動信号を第２駆動信号として第３電極２３ｃに出力する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部と、前記中央部から第１方向に沿って両側に延びる第１、第２突出部と、前記中央部から前記第１方向と略垂直する第２方向に沿って両側に延びる第３、第４突出部と、表面に前記第２方向に沿って並ぶ第１〜第３電極とを有し、前記第３電極が前記第１、第２電極に挟まれるように構成された振動子を駆動する振動子駆動装置であって、
前記第１電極に交流の第１駆動信号を出力する第１出力手段と、
前記第２電極に前記第１駆動信号を出力する第２出力手段と、
前記第３電極に前記第１駆動信号の極性を反転させた第２駆動信号を出力する第３出力手段とを備える
ことを特徴とする振動子駆動装置。
【請求項２】
前記第２方向に沿って、前記第１、第２電極に並び、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれる複数の電極を備える前記振動子において、前記複数の電極のすべてに前記第２駆動信号が出力されることを特徴とする請求項１に記載の振動子駆動装置。
【請求項３】
前記第１出力手段が、前記第１電極に前記第１駆動信号と位相が９０°異なる第３駆動信号を前記第１駆動信号に重畳して出力し、
前記第２出力手段が、前記第２電極に前記第３駆動信号の極性を反転させた第４駆動信号を前記第１駆動信号に重畳して出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子駆動装置。
【請求項４】
前記第３出力手段が、前記第３電極に前記第１駆動信号と位相が９０°異なる第３駆動信号を前記第２駆動信号に重畳して出力し、
前記第２方向に沿って、第１、第２、第３電極に並び、前記第３電極と前記第２電極との間に挟まれる第４電極に、前記第２駆動信号に前記第３駆動信号の極性を反転させた第４駆動信号を重畳して出力する第４出力手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子駆動装置。
【請求項５】
前記第１出力手段が、前記第１電極に前記第３駆動信号を前記第１駆動信号に重畳して出力し、
前記第２出力手段が、前記第２電極に前記第４駆動信号を前記第２駆動信号に重畳して出力する
ことを特徴とする請求項４に記載の振動子駆動装置。
【請求項６】
前記振動子は、第１方向に平行な直線を軸に対称であり、前記第１電極と前記第２電極とが前記直線を軸に対称の位置に配置され、前記第３電極と前記第４電極とが前記直線を軸に対称の位置に配置されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の振動子駆動装置。
【請求項７】
前記第１、第２電極が、前記第２方向に沿って最も外側に配置される電極であることを特徴とする請求項１に記載の振動子駆動装置。
【請求項８】
前記第１、第２突出部は、前記第１方向に沿った最先端において前記第２方向に平行な辺部を有し、前記第３、第４突出部は、前記中央部から前記第２方向に沿って延びるにつれて幅が小さくなることを特徴とする請求項１に記載の振動子駆動装置。
【請求項９】
前記振動子は、ひし形であることを特徴とする請求項８に記載の振動子駆動装置。
【請求項１０】
中央部と、前記中央部から第１方向に沿って両側に延びる第１、第２突出部と、前記中央部から前記第１方向と略垂直する第２方向に沿って両側に延びる第３、第４突出部と、表面に前記第２方向に沿って並ぶ第１〜第３電極とを有し、前記第３電極が前記第１、第２電極に挟まれるように構成された振動子を駆動する振動子駆動方法であって、
前記第１電極に交流の第１駆動信号を出力し、
前記第２電極に前記第１駆動信号を出力し、
前記第３電極に前記第１駆動信号の極性を反転させた第２駆動信号を出力する
ことを特徴とする振動子駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータ等に用いられる振動子の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波モータ等を駆動するために板状の振動子が用いられている。超音波モータを駆動する駆動力は、振動子の２点において生じさせる楕円運動から取出される。振動子の２点において楕円運動を生じさせる駆動方法として、略直交する２つの方向に伸縮振動と屈曲振動とを組合わせる方法が知られている。
【０００３】
伸縮と振動を組合わせる方法として、振動子の表面に３つの電極を並んで設け、両端の２つの電極に入力する信号により電極が並ぶ方向に屈曲振動を生じさせ、中央の電極に入力する信号により屈曲振動する方向と直行する方向に伸縮振動を生じさせることが知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、このような振動子として、対向する２頂点において楕円運動を生じることが可能なひし形状の振動子が知られている。ひし形のように振動の中心から伸縮振動、屈曲振動を生じさせる方向に突出部を設けた振動子は、伸縮、及び屈曲のモードの次数を低くすること及び２つの楕円運動の方向を逆にすることが出来ることに特徴を有している。
【０００５】
しかし、ひし形等の振動の中心から伸縮振動、屈曲振動を生じさせる方向に突出部を設けた振動子に対して、上述の駆動方法では伸縮振動の振幅が屈曲振動に比べて小さい、即ち伸縮方向に生じる駆動力が小さく、更に大きな振幅を生じさせる駆動方法が求められていた。
【特許文献１】特許第２７２２２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明では、ひし形等の振動の中心から伸縮振動、屈曲振動を生じさせる方向に突出部を設けた振動子に対して、伸縮振動の振幅を大きくさせる振動子駆動方法、及びそのような振動子駆動方法を実現する振動子駆動装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動子駆動装置は、中央部と中央部から第１方向に沿って両側に延びる第１、第２突出部と中央部から第１方向と略垂直する第２方向に沿って両側に延びる第３、第４突出部と表面に第２方向に添って並ぶ第１〜３電極とを有し第３電極が第１、第２電極に挟まれるように構成された振動子を駆動する振動子駆動装置であって、第１電極に交流の第１駆動信号を出力する第１出力手段と、第２電極に前記第１駆動信号を出力する第２出力手段と、第３電極に第１駆動信号の極性を反転させた第２駆動信号を出力する第３出力手段とを備えることを特徴としている。このような構成により、第３電極における圧電素子が第１方向に膨張する時には、従来屈曲振動のために用いられる第１、第２電極における圧電素子も第１方向に膨張するので、第１方向への伸縮振動の振幅を大きくさせることが可能となる。
【０００８】
また、第２方向に沿って第１、第２電極に並び第１電極と前記第２電極との間に挟まれる複数の電極を備える前記振動子において、複数の電極のすべてに第２駆動信号が出力されることが好ましい。このような構成により、第２方向に沿って４以上の電極を備える振動子において第２方向に沿って２つの電極に挟まれるすべての電極の圧電素子が伸縮振動に寄与し、第１方向への伸縮振動の振幅を大きくさせることが可能となる。
【０００９】
また、第１出力手段が第１電極に第１駆動信号と位相が９０°異なる第３駆動信号を第１駆動信号に重畳して出力し、第２出力手段が第２電極に第３駆動信号の極性を反転させた第４駆動信号を第１駆動信号に重畳して出力することが好ましい。このような構成により、第１方向への伸縮振動の振幅を大きくさせながら、第２方向に屈曲振動を生じさせることが可能になり、第１、第２突出部の先端に楕円運動を生じさせることが可能となる。
【００１０】
また、第３出力手段が第３電極に第１駆動信号と位相が９０°異なる第３駆動信号を第２駆動信号に重畳して出力し、第２方向に沿って第１、第２、第３電極に並び第３電極と第２電極との間に挟まれる第４電極に第２駆動信号に第３駆動信号の極性を反転させた第４駆動信号とを重畳して出力する第４出力手段を備えることが好ましい。このような構成によっても、第２方向に屈曲振動を生じさせることが可能となる。
【００１１】
また、第１出力手段が記第１電極に第３駆動信号を第１駆動信号に重畳して出力し、第２出力手段が第２電極に第４駆動信号を第２駆動信号に重畳して出力することが好ましい。このような構成により、第２方向への屈曲振動の振幅を大きくさせることが可能となる。
【００１２】
また、振動子は第１方向に平行な直線を軸に対称であり、第１電極と第２電極とが直線を軸に対称の位置に配置され、第３電極と第４電極とが直線を軸に対称の位置に配置されることが好ましい。このような構成により、第１、第２突出部の先端において安定した楕円運動を生じさせることが可能となる。
【００１３】
また、第１、第２電極が第２方向に沿って最も外側に配置される電極であることが好ましい。
【００１４】
また、第１、第２突出部は第１方向に沿った最先端において第２方向に平行な辺部を有し、第３、第４突出部は中央部から第２方向に沿って延びるにつれて幅が小さくなることが好ましい。または、振動子はひし形であることが好ましい。このような構成により、第１方向への伸縮振動の共振周波数と第２方向への屈曲振動の共振周波数を一致させるための調整が可能となる。
【００１５】
また、本発明の振動子駆動方法は、中央部と中央部から第１方向に沿って両側に延びる第１、第２突出部と中央部から第１方向と略垂直する第２方向に沿って両側に延びる第３、第４突出部と表面に第２方向に沿って並ぶ第１〜第３電極とを有し第３電極が第１、第２電極に挟まれるように構成された振動子を駆動する振動子駆動方法であって、第１電極に交流の第１駆動信号を出力し、第２電極に第１駆動信号を出力し、第３電極に第１駆動信号の極性を反転させた第２駆動信号を出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ひし形等の振動の中心から伸縮振動、屈曲振動を生じさせる方向に突出部を設けた振動子に対して、伸縮振動の振幅を大きくさせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を適用した振動子駆動装置を有する振動システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【００１８】
振動システム５０は、振動子駆動装置４０と振動子１０とによって構成される。振動子駆動装置４０から駆動信号が、振動子１０に出力される。駆動信号に基づいて、振動子は第１方向Ｄ１に伸縮振動、第１方向Ｄ１と垂直な第２方向Ｄ２に屈曲振動させ、振動子１０の第１方向Ｄ１に沿った先端を、楕円運動させる。
【００１９】
図２は、本実施形態の振動子駆動装置により駆動される振動子の正面図である。図３は、図２の振動子の側面図である。振動子１０は、板状の圧電素子２０、２０、及び金属板であるシム３０により構成される。シム３０は、厚さ方向に分極した板状の圧電素子２０、２０により挟持される。
【００２０】
圧電素子２０、２０には、中央から面上の第１方向Ｄ１に沿って両側に延びる第１突出部２１ａ、及び第２突出部２１ｂが形成される。第１突出部２１ａ、及び第２突出部２１ｂは、第１方向Ｄ１に平行な２辺、及び第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２に平行な辺部２２によって矩形に形成される。辺部２２は圧電素子の中央から第１方向Ｄ１に沿った最先端に位置する。
【００２１】
圧電素子２０、２０には、第２方向Ｄ２に沿って両側に延びる第３突出部２１ｃ、及び第４突出部２１ｄが形成される。第３、第４突出部２１ｃ、２１ｄは、第２方向Ｄ２に沿って外側に延びるにつれて幅がテーパ状に小さくなるように形成される。圧電素子２０、２０は第１方向Ｄ１、及び第２方向Ｄ２に線対称である。テーパの長さや角度を調整することにより、周波数の調節が可能となる。
【００２２】
圧電素子２０、２０の表面には、電極が設けられる。電極は第２方向Ｄ２に沿って３つに分割され、第１電極２３ａ、第２電極２３ｂ、及び第３電極２３ｃが形成される。第３電極２３ｃは、第１電極２３ａと第２電極２３ｂとに挟まれる。なお、第１〜第３電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃには、後述する駆動信号が入力される。
【００２３】
シム３０には、第１接触部３１ａ、第２接触部３１ｂ、第１支持部３２ａ、及び第２支持部３２ｂが形成される。第１接触部３１ａ、第２接触部３１ｂはそれぞれ第１突出部２１ａ、第２突出部２１ｂから更に第１方向Ｄ１に沿って外側に延ばされる。
【００２４】
圧電素子２０、２０、及びシム３０は、それぞれ第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２に略対称となるように形成される。また、圧電素子２０、２０に設けられる第１電極２３ａと第２電極２３ｂは、第１方向Ｄ１に平行な直線を軸に対称の位置に配置される。従って、圧電体振動子１０全体として、第１、第２方向Ｄ１、Ｄ２に略対称となる。このような形状によれば、安定した振動を発生させることが可能となる。
【００２５】
一例として、上述の振動子１０において、シム３０をステンレス鋼、圧電素子２０をＰＺＴとした場合、第１突出部２１ａ先端から第２突出部２１ｂ先端までの幅（図２符号Ｅ参照）、第３突出部２１ｃ先端から第４突出部２１ｄ先端までの幅（図２符号Ａ参照）、第１、第２突出部２１ａ、２１ｂの先端の幅（図２符号Ｂ参照）、第３、第４突出部２１ｃ、２１ｄの先端の幅（図２符号Ｆ参照）をそれぞれ８．１：８：４：１．７の比となるように形成することにより、２つのモードの共振周波数を一致させることが可能である。
【００２６】
振動子１０は、例えば超音波モータ（図示せず）の動力発生部として使用される。振動子１０は、第１、第２支持部３２ａ、３２ｂを介して超音波モータに固定される。楕円運動をする振動子１０の先端から動力が取出される。
【００２７】
動力を取出すために、第１、第２接触部３１ａ、３１ｂが被駆動体（図示せず）に当接される。このような構成により、圧電素子が直接ロータ５２に当接する事を防ぎ、振動子全体の耐久性が向上する。
【００２８】
図１を用いて振動子駆動装置４０の内部構成について説明する。振動子駆動装置４０は、発振部４１、２相波形生成部４２、移相部４３、振幅制御部４６、第１増幅部４４ａ、第２増幅部４４ｂ、第３増幅部４４ｃ、第１加算部４５ａ、及び第２加算部４５ｂによって構成される。
【００２９】
発振部４１は、２相波形生成部４２に接続される。発振部４１において発生させる交流電圧が駆動信号として、２相波形生成部４２に印加される。２相波形生成部４２において、印加された交流電圧に基づいて、振動子１０を第１方向Ｄ１に駆動させるための第１方向駆動信号と振動子１０を第２方向Ｄ２に駆動させるための第２方向駆動信号が生成される。第１方向駆動信号の波形はｓｉｎωｔであり、第２方向駆動信号の波形はｃｏｓωｔであって、第１方向駆動信号と第２方向駆動信号とは、互いに位相が９０°異なる。
【００３０】
２相波形生成部４２における第１方向駆動信号の出力端が、移相部４３を介して第１増幅部４４ａ、及び第３増幅部４４ｃに接続される。２相波形生成部４２における第２方向駆動信号の出力端が、第２増幅部４４ｂに接続される。
【００３１】
移相部４３に入力された第１方向駆動信号は、極性が反転するように位相を１８０度移動され、第１増幅部４４ａに出力される。第１増幅部４４ａにおいて、極性を反転された第１方向駆動信号は所定の増幅率Ａにより増幅され、第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔとして出力される。第２増幅部４４ｂにおいて、第２方向駆動信号は所定の増幅率Ｂにより増幅され、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔとして出力される。第３増幅部４４ｃにおいて、第１方向駆動信号は所定の増幅率Ａにより増幅され、第２駆動信号Ａｓｉｎωｔとして出力される。
【００３２】
なお、第１〜第３増幅部４４ａ、４４ｂ、４４ｃはそれぞれ振幅制御部４６に接続され、振幅制御部４６により増幅率Ａ、Ｂの設定が行われる。また、第１〜第３増幅部４４ａ、４４ｂ、４４ｃにおける増幅率は、すべて同じでもよいし、異なってもよい。
【００３３】
第１加算部４５ａは、第１増幅部４４ａと第２増幅部４４ｂとに接続される。第１加算部４５ａにおいて、第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔに、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔが重畳される。第１加算部４５ａの出力端は、第１電極２３ａに接続される。第３駆動信号に重畳される第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｃｏｓωｔが、第１電極２３ａに出力される。
【００３４】
第２加算部４５ｂは、第１増幅部４４ａと第２増幅部４４ｂとに接続される。第２加算部４５ｂにおいて、第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔに、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔを減算、即ち極性を反転した第４駆動信号−Ｂｃｏｓωｔが重畳される。第２加算部４５ｂの出力端は、第２電極２３ｂに接続される。第４駆動信号に重畳される第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔ−Ｂｃｏｓωｔが、第２電極２３ｂに出力される。
【００３５】
第３増幅部４４ｃの出力端は、第３電極２３ｃに接続される。第３増幅部４４ｃの出力端における第２駆動信号Ａｓｉｎωｔは第３電極２３ｃに出力される。
【００３６】
以上のような、回路構成によって入力される入力信号による振動子１０の振動について図４〜図８を用いて説明する。図４は、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１、第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２、及び第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３の波形を示す図である。
【００３７】
ｔ１のタイミング（ωｔ＝π／２）において、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１、及び第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２は、負の同じ大きさであり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、同じ大きさで第２方向Ｄ２に収縮し、第１方向Ｄ１に膨張する。一方、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３は最大となり、第３電極２３ｃにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１へ膨張する。従って、振動子１０は、静止状態（図２参照）から第１方向Ｄ１に伸張するように変形する（図５参照）。
【００３８】
ｔ２のタイミング（ωｔ＝π）において、第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２は、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１より大きく、第２電極２３ｂにおける圧電素子は、第１電極２３ａにおける圧電素子に比べて、相対的に膨張する。第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子の変形により、振動子１０は、第１電極２３ａ側に屈曲する（図６参照）。
【００３９】
第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３は、ｔ１からｔ３のタイミングに進むにつれて小さくなり、第３電極２３ｃにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１に収縮していく。一方、第１、第２電極２３ａ、２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ１、ＤＳ２は、ｔ１からｔ３のタイミングに進むにつれて大きくなり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂおける圧電素子は、第２方向Ｄ２に膨張し、第１方向Ｄ１に収縮していく。
【００４０】
ｔ３のタイミング（ωｔ＝（３／２）×π）において、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１、及び第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２は正の同じ大きさであり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は同じ大きさで第２方向Ｄ２に膨張し、第１方向Ｄ１に収縮する。一方、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３は最小となり、第３電極２３ｃにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１へ収縮する。従って、振動子１０は、第１方向Ｄ１に収縮するように変形する（図７参照）。
【００４１】
ｔ４のタイミング（ωｔ＝２π）において、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１は、第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２より大きく、第１電極２３ａにおける圧電素子は、第２電極２３ｂにおける圧電素子に比べて、相対的に膨張する。第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子の変形により、振動子１０は、第２電極２３ｂ側に屈曲する（図８参照）。
【００４２】
第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３は、ｔ３からｔ５のタイミングに進むにつれて大きくなり、第３電極２３ｃにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１に膨張していく。一方、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、ｔ３からｔ５のタイミングに進むにつれて第２方向Ｄ２に収縮し、第１方向Ｄ１に膨張していく。
【００４３】
ｔ５のタイミング（ωｔ＝π／２）では、ｔ１のタイミングと同様に、第３電極２３ｃにおける圧電素子は第１方向Ｄ１へ膨張し、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、同じ大きさで第２方向Ｄ２に収縮し、第１方向Ｄ１に膨張する（図５参照）。
【００４４】
以後、ｔ１からｔ５のタイミングにおける振動子１０の変形が繰返される。このように振動子１０の外形が変化すると、辺部２２（図２参照）の任意の一点において楕円運動が行われる。
【００４５】
以上のように本実施形態の構成によれば、第１、第２電極に２３ａ、２３ｂに重畳して入力される駆動信号は、第３電極２３ｃに入力する駆動信号と極性が反転しているため、振動子１０の第１方向Ｄ１において、第３電極２３ｃにおける圧電素子だけでなく、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子によって伸縮される。従って、振動子１０の第１方向Ｄ１への伸縮振動の振幅を大きくさせる、即ち第１方向Ｄ１への駆動力を大きくさせることが可能となる。
【００４６】
図９に本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態は圧電素子の表面に設けられる電極の配置、振動子駆動装置の内部構成、及びそれぞれの電極に出力される駆動信号が第１の実施形態と異なる。本実施形態において、電極は第２方向Ｄ２に沿って４つに分割され、第２方向Ｄ２に沿った両側に第１電極２３ａ、第２電極２３ｂが、第１電極２３ａと第２電極２３ｂの間に第３電極２３ｃが、更に第２電極２３ｂと第３電極２３ｃとの間に第４電極２３ｄが形成される。
【００４７】
第１電極２３ａと第２電極２３ｂとは、振動子１００の中心を通り第１方向Ｄ１に平行な直線に対して対象となるように形成される。また第３電極２３ｃと第４電極２３ｄとは、振動子１００の中心を通り第１方向Ｄ１に平行な直線に対して対象となるように形成される。
【００４８】
本実施形態の振動子駆動装置４００において発振部４１は、２相波形生成部４２に接続される。発振部４１において発生させる交流電圧が駆動信号として、２相波形生成部４２に印加される。２相波形生成部４２において印加された交流電圧に基づいて、振動子１００を第１方向Ｄ１に駆動させるための第１方向駆動信号と振動子１００を第２方向Ｄ２に駆動させるための第２方向駆動信号とが生成される。第１方向駆動信号の波形はｓｉｎωｔであり、第２方向駆動信号の波形はｃｏｓωｔであって、第１方向駆動信号と第２方向駆動信号とは、互いに位相が９０°異なる。
【００４９】
２相波形生成部４２における第１方向駆動信号の出力端が、第１増幅部４４ａ、及び移相部４３を介して第３増幅部４４ｃに接続される。２相波形生成部４２における第２方向駆動信号の出力端が、第２増幅部４４ｂに接続される。
【００５０】
第１増幅部４４ａにおいて、第１方向駆動信号は所定の増幅率Ａにより増幅され、第２駆動信号Ａｓｉｎωｔとして出力される。第２増幅部４４ｂにおいて、第２方向駆動信号は所定の増幅率Ｂにより増幅され、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔとして出力される。移相部４３に入力された第１方向駆動信号は、極性が反転するように位相を１８０度移動され、第３増幅部４４ｃに出力される。第３増幅部４４ｃにおいて、極性を反転された第１方向駆動信号は所定の増幅率Ａにより増幅され、第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔとして出力される。
【００５１】
なお、第１〜第３増幅部４４ａ、４４ｂ、４４ｃはそれぞれ振幅制御部４６に接続され、振幅制御部４６により増幅率Ａ、Ｂの設定が行われる。また、第１〜第３増幅部４４ａ、４４ｂ、４４ｃにおける増幅率は、すべて同じでもよいし、異なってもよい。
【００５２】
第１加算部４５ａは、第１増幅部４４ａと第２増幅部４４ｂとに接続される。第１加算部４５ａにおいて、第２駆動信号Ａｓｉｎωｔに、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔが重畳される。第１加算部４５ａの出力端は、第３電極２３ｃに接続される。第３駆動信号に重畳される第２駆動信号Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｃｏｓωｔが、第３電極２３ｃに出力される。
【００５３】
第２加算部４５ｂは、第１増幅部４４ａと第２増幅部４４ｂとに接続される。第２加算部４５ｂにおいて、第２駆動信号Ａｓｉｎωｔに、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔを減算、即ち極性を反転した第４駆動信号−Ｂｃｏｓωｔが重畳される。第２加算部４５ｂの出力端は、第４電極２３ｄに接続される。第４駆動信号に重畳される第２駆動信号Ａｓｉｎωｔ−Ｂｃｏｓωｔが、第４電極２３ｄに出力される。
【００５４】
第３増幅部４４ｃの出力端は、第１、第２電極２３ａ、２３ｂに接続される。第３増幅部４４ｃの出力端における第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔは第１、第２電極２３ａ、２３ｂに出力される。
【００５５】
以上のような、回路構成によって入力される入力信号による振動子１０の振動について図１０〜図１５を用いて説明する。図１０は、第１、第２電極２３ａ、２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ１’、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３’、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４’の波形を示す図である。
【００５６】
ｔ１のタイミング（ωｔ＝π／２）において、第１、第２電極２３ａ、２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ１’は、負の信号であり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、第２方向Ｄ２に収縮し、第１方向Ｄ１に膨張する。一方、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３’、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４’は正の同じ大きさであり、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１へ同じ大きさで膨張する。従って、振動子１００は、静止状態から第１方向Ｄ１に伸張するように変形する（図１１参照）。
【００５７】
ｔ２のタイミング（ωｔ＝π）において、第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４’は、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３’より大きく、第４電極２３ｄにおける圧電素子は、第３電極２３ｃにおける圧電素子に比べて、相対的に膨張する。第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子の変形により、振動子１０は、第１、第３電極２３ａ、２３ｃ側に屈曲する（図１２参照）。
【００５８】
第１、２電極２３ａ、２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ１’は、ｔ１からｔ３のタイミングに進むにつれて大きくなり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、第２方向Ｄ２に膨張し、第１方向Ｄ１に収縮していく。一方、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３’、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４’は、ｔ１からｔ３のタイミングに進むにつれて小さくなり、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１に収縮していく。
【００５９】
ｔ３のタイミング（ωｔ＝（３／２）×π）において、第１、第２電極２３ａ、２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ１’は、正の信号であり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、第２方向Ｄ２に膨張し、第１方向Ｄ１に収縮する。一方、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ３’、ＤＳ４’は負の同じ大きさであって、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子は、同じ大きさで第１方向Ｄ１に収縮する。従って、振動子１００は、第１方向Ｄ１に収縮するように変形する（図１３参照）。
【００６０】
ｔ４のタイミング（ωｔ＝２π）において、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３’は、第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４’より大きく、第３電極２３ｃにおける圧電素子は、第４電極２３ｄにおける圧電素子に比べて、相対的に膨張する。第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子の変形により、振動子１０は、第２、第４電極２３ｂ、２３ｄ側に屈曲する（図１４参照）。
【００６１】
第１、２電極２３ａ、２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ１’は、ｔ３からｔ５のタイミングに進むにつれて小さくなり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、第２方向Ｄ２に収縮し、第１方向Ｄ１に膨張していく。一方、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３’、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４’は、ｔ３からｔ５のタイミングに進むにつれて大きくなり、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１に膨張していく。
【００６２】
ｔ５のタイミング（ωｔ＝π／２）は、ｔ１のタイミングと同様に、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、第２方向Ｄ２に収縮し、第１方向Ｄ１に膨張する。また、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子が、第１方向Ｄ１へ同じ大きさで膨張する（図１１参照）。
【００６３】
以後、ｔ１からｔ５のタイミングにおける振動子１００の変形が繰返される。このように振動子１００の外形が変化すると、辺部２２（図１１〜１４参照）の任意の一点において楕円運動が行われる。
【００６４】
以上のように本実施形態の構成のように、第２方向に沿って並ぶ４以上の電極を有する振動子に対しても第１方向Ｄ１への伸縮を大きくすることが可能となる。複数の電極を間に挟む２つの電極（本実施形態において第１、第２電極）に同じ位相の波形の駆動信号（第１駆動信号）を単独、或いは重畳して入力し、２つの電極に挟まれる電極に第１駆動信号と極性を反転させた駆動信号（第２駆動信号）を単独、或いは重畳して入力することにより、本発明の効果が得られる。
【００６５】
図１５に本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態は、振動子駆動装置の内部構成、及びそれぞれの電極に出力される駆動信号が第２の実施形態と異なる。本実施形態の振動子駆動装置４０１は、発振部４１、２相波形生成部４２、移相部４３、振幅制御部４６、第１増幅部４４ａ、第２増幅部４４ｂ、第３増幅部４４ｃ、第１加算部４５ａ、第２加算部４５ｂ、第３加算部４５ｃ、及び第４加算部４５ｄによって構成される。
【００６６】
発振部４１は、２相波形生成部４２に接続される。発振部４１において発生させる交流電圧が駆動信号として、２相波形生成部４２に印加される。２相波形生成部４２において、印加された交流電圧に基づいて、振動子１００を第１方向Ｄ１に駆動させるための第１方向駆動信号と振動子１００を第２方向Ｄ２に駆動させるための第２方向駆動信号が生成される。第１方向駆動信号の波形はｓｉｎωｔであり、第２方向駆動信号の波形はｃｏｓωｔであって、第１方向駆動信号と第２方向駆動信号とは、互いに位相が９０°異なる。
【００６７】
２相波形生成部４２における第１方向駆動信号の出力端が、移相部４３を介して第１増幅部４４ａ、及び第３増幅部４４ｃに接続される。２相波形生成部４２における第２方向駆動信号の出力端が、第２増幅部４４ｂに接続される。
【００６８】
移相部４３に入力された第１方向駆動信号は、極性が反転するように位相を１８０度移動され、第１増幅部４４ａに出力される。第１増幅部４４ａにおいて、極性を反転された第１方向駆動信号は所定の増幅率Ａにより増幅され、第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔとして出力される。第２増幅部４４ｂにおいて、第２方向駆動信号は所定の増幅率Ｂにより増幅され、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔとして出力される。第３増幅部４４ｃにおいて、第１方向駆動信号は所定の増幅率Ａにより増幅され、第２駆動信号Ａｓｉｎωｔとして出力される。
【００６９】
なお、第１〜第３増幅部４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、それぞれ振幅制御部４６に接続され、振幅制御部４６により増幅率Ａ、Ｂの設定が行われる。また、第１〜第３増幅部４４ａ、４４ｂ、４４ｃにおける増幅率は、すべて同じでもよいし、異なってもよい。
【００７０】
第１加算部４５ａは、第１増幅部４４ａと第２増幅部４４ｂとに接続される。第１加算部４５ａにおいて、第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔに、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔが重畳される。第１加算部４５ａの出力端は、第１電極２３ａに接続される。第３駆動信号に重畳される第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｃｏｓωｔが、第１電極２３ａに出力される。
【００７１】
第２加算部４５ｂは、第１増幅部４４ａと第２増幅部４４ｂとに接続される。第２加算部４５ｂにおいて、第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔに、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔを減算、即ち極性を反転した第４駆動信号−Ｂｃｏｓωｔが重畳される。第２加算部４５ｂの出力端は、第２電極２３ｂに接続される。第４駆動信号に重畳される第１駆動信号−Ａｓｉｎωｔ−Ｂｃｏｓωｔが、第２電極２３ｂに出力される。
【００７２】
第３加算部４５ｃは、第２増幅部４４ｂと第３増幅部４４ｃとに接続される。第３加算部４５ｃにおいて、第２駆動信号Ａｓｉｎωｔに、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔが重畳される。第３加算部４５ｃの出力端は、第３電極２３ｃに接続される。第３駆動信号に重畳される第２駆動信号Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｃｏｓωｔが、第３電極２３ｃに出力される。
【００７３】
第４加算部４５ｄは、第２増幅部４４ｂと第３増幅部４４ｃとに接続される。第４加算部４５ｄにおいて、第２駆動信号Ａｓｉｎωｔに、第３駆動信号Ｂｃｏｓωｔを減算、即ち極性を反転した第４駆動信号−Ｂｃｏｓωｔが重畳される。第４加算部４５ｄの出力端は、第４電極２３ｄに接続される。第４駆動信号に重畳される第２駆動信号Ａｓｉｎωｔ−Ｂｃｏｓωｔが、第４電極２３ｄに出力される。
【００７４】
以上のような、回路構成によって入力される入力信号による振動子１０の振動について図１１〜図１４、及び図１６を用いて説明する。図１６は、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１”、第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２”、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３”、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４”の波形を示す図である。
【００７５】
ｔ１のタイミング（ωｔ＝π／２）において、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１”、及び第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２”は負の同じ大きさであって、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、同じ大きさで第２方向Ｄ２に収縮し、第1方向Ｄ１に膨張する。一方、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３”、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４”は正の同じ大きさであり、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１に膨張する。従って、振動子１００は、静止状態から第１方向Ｄ１に伸張するように変形する（図１１参照）。
【００７６】
ｔ２のタイミング（ωｔ＝π）において、第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２”は、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１”より大きく、第２電極２３ｂにおける圧電素子は、第１電極２３ａにおける圧電素子に比べて、相対的に膨張する。また、第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４”は、第３電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ３”より大きく、第４電極２３ｄにおける圧電素子は、第３電極２３ｃにおける圧電素子に比べて、相対的に膨張する。従って、振動子１０は、第１、第３電極２３ｂ、２３ｄ側に屈曲する（図１２参照）。
【００７７】
第１電極２３ａ入力される駆動信号ＤＳ１”、及び第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２”は、ｔ１からｔ３のタイミングに進むにつれて大きくなり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、第２方向Ｄ２に膨張し、第１方向Ｄ１に収縮していく。一方、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３”、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４”は、ｔ１からｔ３のタイミングに進むにつれて小さくなり、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄおける圧電素子は、第１方向Ｄ１に収縮していく。
【００７８】
ｔ３のタイミング（ωｔ＝（３／２）×π）において、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１”、第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２”は正の同じ大きさであって、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は同じ大きさで第２方向Ｄ２に膨張し、第1方向Ｄ１に収縮する。一方、第３電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ３”、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４”は、負の同じ大きさであって、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子は、同じ大きさで第１方向Ｄ１に収縮する。従って、振動子１００は、第１方向Ｄ１に収縮するように変形する（図１３参照）。
【００７９】
ｔ４のタイミング（ωｔ＝２π）において、第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１”は、第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２”より大きく、第１電極２３ａにおける圧電素子は、第２電極２３ｂにおける圧電素子に比べて、相対的に膨張する。また、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３”は、第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４”より大きく、第３電極２３ｃにおける圧電素子は、第４電極２３ｄにおける圧電素子に比べて、相対的に膨張する。第１〜第４電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子の変形により、振動子１０は、第２、第４電極２３ｂ、２３ｄ側に屈曲する（図１４参照）。
【００８０】
第１電極２３ａに入力される駆動信号ＤＳ１”、及び第２電極２３ｂに入力される駆動信号ＤＳ２”は、ｔ３からｔ５のタイミングに進むにつれて小さくなり、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、第２方向Ｄ２に収縮し、第１方向Ｄ１に膨張していく。一方、第３電極２３ｃに入力される駆動信号ＤＳ３”、及び第４電極２３ｄに入力される駆動信号ＤＳ４”は、ｔ３からｔ５のタイミングに進むにつれて大きくなり、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子は、第１方向Ｄ１に膨張していく。
【００８１】
ｔ５のタイミング（ωｔ＝π／２）は、ｔ１のタイミングと同様に、第１、第２電極２３ａ、２３ｂにおける圧電素子は、同じ大きさで第２方向Ｄ２に収縮し、第１方向Ｄ１に膨張する。また、第３、第４電極２３ｃ、２３ｄにおける圧電素子が、第１方向Ｄ１へ同じ大きさで膨張する（図１１参照）。
【００８２】
以後、ｔ１からｔ５のタイミングにおける振動子１００の変形が繰返される。このように振動子１０の外形が変化すると、辺部２２（図１１〜１４参照）の任意の一点において楕円運動が行われる。
【００８３】
本実施形態の構成によれば、第１、第２の実施形態と同様に振動子１０の第１方向Ｄ１への伸縮を大きくすることが可能であって、更に以下の効果を有する。第１、第３電極の両方に第３駆動信号を入力し、第２、第４電極の両方に第４駆動信号を入力するため、いずれか一方にのみ入力する第１、第２の実施形態に比べて、第２方向Ｄ２への屈曲を大きくすることが可能である。
【００８４】
なお、第１〜第３の実施形態において、第１、第２電極は、第２方向に沿って最も外側に設けられる電極であるが、間に電極を挟む２つの電極であればよい。ただし、第１方向への伸縮振動を大きくするために、第２方向に沿って最も外側の電極を第１、第２電極とすることが、好ましい。
【００８５】
なお、第２、第３の実施形態において、第１、第２電極に挟まれる電極は第３、第４電極の２つであるが、３以上の電極が更に第２方向に並べられる構成であってもよい。ただし、第１方向への伸縮振動の振幅を大きくするために、第１、第２電極に挟まれるすべての電極に第２駆動信号を出力することが好ましい。
【００８６】
また、第１〜第３の実施形態では、８角形の対向する２辺から外側に突出させた形状の振動子を用いたが、ひし形であってもよいし、中央部から第１、第２方向に沿って両側に延びる突出部を有する振動子であればよい。
【００８７】
また、第１〜第３の実施形態では、振動子を加振させるのに圧電素子を用いたが、電歪素子等の交流電圧を印加することにより振動する振動子を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態を適用した振動子駆動装置を有する振動システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施形態を適用した振動子駆動装置により駆動される振動子の正面図である。
【図３】振動子の側面図である。
【図４】第１の実施形態において、第１電極に入力する駆動信号、第２電極に入力する駆動信号、及び第３電極に入力する駆動信号の波形を示す図である。
【図５】振動子の第１方向への伸張状態を示す図である。
【図６】振動子の第２方向への屈曲状態を示す図である。
【図７】振動子の第１方向への収縮状態を示す図である。
【図８】振動子の第２方向への屈曲状態を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を適用した振動子駆動装置を有する振動システムの構成を概略的に示す図である。
【図１０】第２の実施形態において、第１、第２電極に入力する駆動信号、第３電極に入力する駆動信号、及び第４電極に入力する駆動信号の波形を示す図である。
【図１１】振動子の第１方向への伸張状態を示す図である。
【図１２】振動子の第２方向への屈曲状態を示す図である。
【図１３】振動子の第１方向への収縮状態を示す図である。
【図１４】振動子の第２方向への屈曲状態を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態を適用した振動子駆動装置を有する振動システムの構成を概略的に示す図である。
【図１６】第３の実施形態において、第１電極に入力する駆動信号、第２電極に入力する駆動信号、第３電極に入力する駆動信号、及び第４電極に入力する駆動信号の波形を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０、１００  振動子
２１ａ〜２１ｄ  第１〜第４突出部
２３ａ〜２３ｄ  第１〜第４電極
４０、４００、４０１  振動子駆動装置
４１  発振部
４２  ２相波形生成部
４３  移相部
４４ａ〜４４ｃ  第１〜第３増幅部
４５ａ〜４５ｄ  第１〜第４加算部
４６  振幅制御部
５０  振動システム
Ｄ１  第１方向
Ｄ２  第２方向
ＤＳ１、ＤＳ１”  第１電極に入力される駆動信号
ＤＳ２、ＤＳ２”  第２電極に入力される駆動信号
ＤＳ１’  第１電極及び第２電極に入力される駆動信号
ＤＳ３、ＤＳ３’、ＤＳ３”  第３電極に入力される駆動信号
ＤＳ４’、ＤＳ４”  第４電極に入力される駆動信号
【図１】
2006166567.tif 000003
【図２】
2006166567.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006166567.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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